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广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 研究生：童碧海导师：王恒山 院系：化学化工学院专业：有机化学方向：有机合成 摘要 脱氢松香酸是可再生资源松香异构体成分之一，厂泛应用于涂料、胶粘剂、油墨、造 纸、橡胶、食品添加剂及生物制品等领域。它是手性纯物质，含有三个手性碳原子：有一个 反应性官能团羧基：具有许多天然药物都具有的芳香型三环二萜结构。因此利用脱氢 松香的结构特点，在脱氢松香骨架上构建芳杂环，有望合成出多功能脱氢松香衍生物，开发 新型手性荧光衍生试剂、高效低毒药物等具有高附加值的产品。这不仅符合绿色化学的要求， 而且能带来良好的社会效益与经济效益。 首先，本文研究了脱氢松香酸的重排反应。它的甲酯、1 2 溴代甲酯分别通过7 位氧化， 二氧化硒氧化，烯酮选择性还原成烯醇，最后在强路易斯酸作用下重排，得到了两个四氢葸 类化合物。对这两个产物荧光性质的研究表明，1e x 在2 8 0 - - 2 9 0 n m 之间， e m 在3 4 5 3 5 5 n m 之间，与脱氢松香酸甲酯相比，它们的激发波长与发射波艮均有所红移。而1 2 溴代 1 3 硝基脱异丙脱氢松香酸甲酯在同样条件下经过反应后生成了一个蔡类化合物和一个四氢 菲类化合物。我们用二维核磁对这两个化合物的精细结构进行了研究，结果表明生成的萘类 化合物骨架，在脱氢松香酸酯的衍生物重捧中还是首次被发现。我们还探讨了这类重排反应 的机理，为控制重排产物的生成提供了理论基础。 其次，通过1 2 氨基脱氢松香酸甲酯顺式1 2 氨基脱异丙基脱氢松香酸甲酯与2 ，4 二 硝基邻氯苯甲酸偶联，得到两种灭酸。灭酸进一步关环，水解得到了三个深红色松香基吖啶 酮化合物。另外还合成了三个重要中间体，可用来构建多种芳杂环。三个吖啶酮的荧光 e x xe 1 1 f 2 8 0 - - 2 9 0 n m 3 1 0 - - 3 3 0 n m ，与脱氢松香甲酯相比，有所红移，说明有了很大改善。这 些产物颜色鲜艳有开发成新型颜料的优良性能。 再次，本文还通过顺式1 2 氨基脱异丙基脱氢松香酸甲酯与什油脱水缩台，在松香骨架 上构建了喹啉环，生成了两个喹啉异构体：通过对1 2 一溴代一1 3 ，1 4 一二硝基脱异丙基脱 氢松香酸甲酯的还原，重氮化反应，合成了一个二唑化合物。松香基喹啉的荧光 e x e m = 2 5 5 - - 2 6 0 n m 3 7 0 - - 3 8 0 n m ，松香基三唑的荧光 e x e m = 2 9 3 0 n m 3 6 4 o n m 。 此外，还通过1 2 氨基、1 2 氨基1 4 硝基脱氢松香酸甲酯与马来酸酐反应，分别合成了 两种n - 取代马来酰亚胺。其热失重曲线表明起始失重温度分别为2 2 0 和8 l ，失重5 0 时的温度分别为4 6 6 。c 和4 4 2 。c ，说明具有良好的热稳定性能，有开发成高分子材料耐热改 性剂的前景。1 4 硝基n 一取代马来酰亚胺由下间硝基的影响而没有荧光，另一酰砸胺的荧光 e x e m = 2 6 8 o n m 4 0 2 ，o n m 。 总之，本论文共合成了1 6 个新化合物，它们的结构用红外光谱、核磁共振谱、质谱等分 析手段进行了鉴定。研究表明，通过在脱氢松香骨架上构建芳杂环，脱氢松香的荧光性质和 耐热性自能得到一定改善，这就为多功能脱氢松香衍生物的开发奠定了基础。这些化合物的 生理活性还有待研究。 关键词：脱氢松香酸；重排；吖啶；喹啉；三唑；马来酰亚胺；荧光性质 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 c o n s t r u c t i o no f a r o m a t i co rh e t e r o a r o m a t i er i n go nd e h y d r o a b l e t l ca c i ds k e l e t o na n d s t u d yo nt h ep r o d u c t s f l u o r e n s c e n c ep r o p e r t y p o s t g r a d u a t e ：t o n gb i h a is u p e r v i s o r ：w a n gh e n g - s h a n a b s t r a c t d e h y d r o a b i e t i ca c i d ( d a a ) i so n eo ft h ei s o m e r i d e si nt h er e n e w a b l er o s i n i ti sw i d e l yu s e d i nt h ef i e l d ss u c ha sp a i n t ，a d h e s i v e s ，p r i n t i n gi n k ，p a p e r m a k i n g ，r u b b e rf o o d ，e t c l i k es o m e n a t u r a ld r u g i th a saa r o m a t i cd i t e r p e n es t r u c t u r ew i t ht h r e er i n g i ta l s oh a st h r e ec h i r a lc a r b o n a t o ma n dar e a c t i v ec a r b o x yg r o u p f o rt h e s ei r s o n s ，d a am i g h tb eh o p e f u l l ym o d i f i e dt os o m e m u l t i f u n c t i o n a ld e r i v a t i v e sw h i c hc a nu s ea sh i g ha d d e dv a l u ep r o d u c t sl i k en o v e lf l u o r e s c e n c e d e r i v a t i z a t i o nr e a g e n t sa n de f f i c i e n tb u tl o wt o x i cm e d i c i n e st h r o u g hc o n s t r u c t i n ga r o m a t i co r h e t e r o a r o m a t i cr i n go nd a a ss k e l e t o n i tn o to n l ym e e tw i t ht h ed e m a n do fg r e e nc h e m i s t r yb u t a l s ob r i n ga b o u tf a v o r a b l ee c o n o m i c a la n ds o c i a le f f e c t s i nt h i sp a p e r , w ef i r s t l ys t u d i e dt h er e a r r a n g e m e n to fd a ad e r i v a t i v e s i t s m e t h y le s t e ra n d 1 2b r o m om e t h y le s t e rw e r er e s p e c t i v e l yo x i d i z e d ，r e d u c e da n dt h e nr e a r r a n g e du n d e rt h e e x i s t e n c eo fl e w i sa c i dt o t e t r a h y d r o a n t h r a c e n e d e r i v a t i v e sw i t hf l u o r e s c e n t c x e mo f 2 8 0 2 9 0 n m 3 4 5 3 5 5 n m c o m p a r e d w i t hd a a sm e t h y le s t e r , b o t ht h e p r o d u c t s m a x i m a l e x c i t a t i o nw a v e l e n g t h sa n de m i s s i o nw a v e l e n g t h sa r er e ds h i f t e d m e t h y l1 2 - b r o m o 一1 3 - n i t r o - d e i s o p r o p y l d e h y d r o a b i e t a t ew a sl a s t l yr e a r r a n g e dt od i f f e r e n tp r o d u c t su n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s h o w e v e r o n eo ft h e p r o d u c t s w a s n a p h t h a l e n ec o m p o u n d a n d t h eo t h e rw a s t e t r a h y d r o p h e n a n t h r e n ec o m p o u n d u s i n g2 d - n m r ，w es t u d i e dt h e i rf m es t r u c t u r e s a m o n gt h e m ， t h en a p h t h a l e n ec o m p o u n dh a sas k e l e t o nf i r s t l yo b s e r v e di nd a a sr e a r r a n g e m e n tp r o d u c t s a p o s s i b l em e c h a n i s mo f t h er e a l t a n g e m e n tr e a c t i o n si sd i s c u s s e d t h e n 1 2 - a m i n o d e h y d r o a b i e t a t ea n dc i s 1 2 - a m i n o d e i s o p r o p y l d e h y d r o a b i e t a t ew e r ec o u p l e d r e s p e c t i v e l yw i t h2 - c h l o r o 一3 ，5 - d i n i t r o b e n z o i ca c i d t h e i rp r o d u c t sw e r ec y c l i z e dw i t hp o c l 3a n d f u r t h e rh y d r o l y z e dt or e da c r i d o n e s t h r e eo t h o ri n t e r m e d i a t ec o m p o u n d sw h i c hc a r lb eu s e dt ot h e s y n t h e s i so fo t h e ra e r i d o n e sw e r ea l s os y n t h e s i z e d t h et h r e ea c r i d o n e se m i tf l u o r e s c e n c eo f 3 1 0 3 3 0n f ni f e x c i t e db yav i o l e tl i g h tr a n g i n g2 8 0 - 2 9 0n m t h e s eb r i g h t c o l o u r e dp r o d u c t sh a v e g o o dp r o p e r t i e sf o re x p l o i t i n gn o v e ld y e s b yc o u p l e dw i t hg l y c e r o l ，c i s 1 2 a m i n o d e i s o p r o p y l d e h y d r o a b i e t a t e w e r ec o n v e n e dt o q u i n o l i n e s w i t hf l u o r e s c e n t e mo f2 5 5 2 6 0 n m 3 7 0 - 3 8 0 n m 1 2 - b r e t o n 一1 3 ，1 4 一d i n i t r o - d e i s o p r o p y l d e h y d r o a b i e t a t ew a sr e d u c e d ，d i a z o t i z e dt ow i a z o l e sw i t hf l u o r e s c e n t 。x e mo f 2 9 3 n m 3 6 4 n m i n a d d i t i o n ，t w o n - d a a m a l e i m i d e sw e r e s y n t h e s i z e db y t h er e a c t i o n o f 1 2 一a m i n o d e h y d r o a b i e t a t e ，1 2 一a m i n o 1 4 - n i t r o d e h y d r o a b i e t a t ew i t hm a l e i ca n l a y d r i d er e s p e c t i v e l y t h et g ac u r v e ss h o w e dt h a tt w op r o d u c t sl o s th a l fw e i g h ta t4 6 6 。ca n d4 4 2 r e s p e c t i v e l y i t i n d i c a t e sp r o d u c t s g o o dt h e r m o s t a b i l i t y t h en i t r o m a l e i m i d ei sn o n f i u o r e s c e n ts u b s t a n c ea n dt h e a n o t h e rm a l e i m i d ee m i tf l u o r e s c e n c eo f 4 0 2n mi f e x c i t e db yav i o l e tl i g h tr a n g i n g2 6 8n m i ns u m m a r y , 1 6n e wc o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e db yi r ，n m ra n dm si n t h i sp a p e r o u rs t u d ys h o w st h a td a a sp r o p e r t i e ss u c ha sf l u o r e s c e n c e t h e r m o s t a b i l i t yw e r e i m p r o v e dt h r o u g hc o n s t r u c t i n ga r o m a t i co rh e t e r o a r o m a t i cr i n go nd a nss k e l e t o n a l lt h a tl a i d t h eg r o u n d w o r kf o rf u t u r ee x p l o i t a t i o no f m u l t i f u n c t i o n a lr e a g e n t s k e yw o r d s ：d e h y d r o a b i e t i ca c i d ，r e a r r a n g e m e n t ，a c r i d i n e s ，m a l e i m i d e s ，q u i n o l i n e s ， t r i a z o l e s ，f l u o r e s c e n tp r o p e r t y 2 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 第一章文献综述 1 1 脱氢松香的改造与应用研究进展 随着石油等一次性资源的逐渐枯竭以及人类环境保护意识的普遍提高，利用 松香等可再生的天然资源代替石油来发展精细化工己成为日益重要的研究课题。 近一个世纪以来，松香及其深加工改造制品广泛应用于涂料、胶粘剂、油墨、造 纸、橡胶、食品添加剂及生物制品等领域 1 - 3 。松香的化学利用已由直接利用松 香混合物初级产品向深度利用松香衍生物纯品、开发专用的系列化产品发展。脱 氢松香酸的改造与应用就是松香衍生物纯品利用中的一个重要方面。 脱氢松香酸又称去氢枞酸，是一种天然二萜类树脂酸，主要由松香通过催化 歧化后得到。它具有性质稳定，抗氧化能力强，比旋光度较大等一些其它松香衍 生物所不具备的独特理化性质。我国松香资源丰富，歧化松香的年产量达几十万 吨 4 1 ，因此脱氢松香酸具有极大的开发价值和发展潜力。同时由于脱氢松香酸是 天然产物，所以由其合成的改造产品不但可以取代一些我国短缺的石油化工产 品，而且一般具有较好的生态性能，对其改造符合“绿色化学”的要求，因此脱 氢松香酸的改造具有良好的经济效益和社会效益。基于这些特点，脱氢松香酸的 改造研究，已受到越来越多科研工作者的青睐。 脱氢松香酸含有羧基和芳环两种反应性基团，通过这两种基团的反应可进行 各种改造。对羧基进行改造可以合成表面活性剂、手性衍生试剂与手性配体等； 在芳环上进行各种芳烃反应，则为脱氢松香酸的进一步改造奠定了基础，同时进 行芳烃反应后的产物本身也有很好的应用价值。而通过羧基和芳环的综合改造， 则进一步拓宽了脱氢松香酸的应用领域。 澎二 1 1 1 脱氢松香酸的制备与纯化 目前工业上一般用松香歧化【s 】来制备脱氢松香酸。歧化反应是枞酸型树脂酸 中一部分脱出氢原子，使双键重排，形成稳定的苯环结构，即脱氢松香酸；脱去 的氢原子为另一部分树脂酸所接受生成二氢枞酸，二氢枞酸还可继续接受氢原子 生成四氢枞酸。反应需在较高温度和适当催化剂的条件下进行，常用的催化剂有 碘、硫、硒、钯碳、雷尼镍等，其中以钯碳的催化效果最好。温度和催化剂对 歧化松香中脱氢松香酸的含量有很大影响。另外，不同地区松香枞酸含量的差异 对脱氢松香酸的含量也有影响。 歧化松香与乙醇胺形成胺盐后，脱氢松香酸的胺盐可在5 0 乙醇中选择性结 晶出来，所得胺盐经酸化游离后，再经过乙醇水重结晶便可得到纯净的脱氢松 香酸晶体4 1 。 1 1 2 羧基的改造与应用 脱氢松香酸的羧基同其它脂肪酸一样也可以进行典型的羧基反应，如酯化、 皂化、成酰氯、氨解为腈、还原成醇成胺，以及脱羧降解等。利用这些反应，脱 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架 芳杂环的构建及其荧光性质研究 氢松香酸在表面活性剂、不对称化学等领域得到广泛应用。 1 1 2 1 合成表面活性剂 脱氢松香酸的三环菲骨架具有良好的疏水性，而羧基与芳环等活性基团又可 引入亲水基，故脱氢松香酸可用作表面活性剂的合成原料。这类表面活性剂一般 具有独特的理化性质。 段文贵等 6 】经脱氢松香酸缩水甘油酯及叔胺中间体，合成了n 一( 3 一去氢枞酰 氧基2 羟基) 丙基n ，n 二甲基羧甲基甜菜碱和n 一( 3 + 去氢枞酰氧基一2 一羟基) 丙基 - n ，n 二甲基( 2 一羟基) 磺丙基甜菜碱两种新型甜菜碱类两性表面活性剂，并对其表 面张力和临界胶束浓度进行了测定。羧甲基甜菜碱的表面活性剂的临界胶束浓度 ( c m c ) 为1 0 0 1 0 m o l l ，此时表面张力o 。m c = 4 9 6 5m n m ；磺丙基甜菜碱的 c m c 为9 1 8 1 0 。3 m o l l ，此时表面张力o 。m c = 4 8 6 9m n m 。合成反应如下( 如 无特殊说明r 均为脱氢松香基) ： n a 0 ho 9 可hn h ( 叫2 r c o o h r c o o n a 。h 2 e 】 c h 2 - o o c r 石 r c o o c h 2 c h ( o h ) c h 2 n ( c h 3 ) 2 p 旦连旦旦! 蔓一r c o o c h 2 c h ( 。h ) c h z n + ( c h 3 ) 2 c h 2 c 。 l c i c h 2 c h ( o h ) c h2 s 0 3 n a l 一r c o o c h 2 c h ( o h ) c h 2 n + ( c h 3 ) 2 c h 2 c h ( o h ) c h 2 s o 梁梦兰等 7 以脱氢松香酸氨解成腈再还原后得到的产物脱氢松香胺为原料合 成了n ，n 一二甲基n 一脱氢松香基氯化铵和n ，n ，n 三甲基n 一脱氢松香基单甲酯 胺，并测定了它们的物理性质和界面性能，表明它们具有良好的表面活性和良好 的杀菌抑菌性能。合成反应如下： r c h 2 n h 2 + c h 2 0 + h c o o h 一r c h 2 n ( c h 3 ) 2 + h 2 0 r c h 2 n ( c h 3 ) 2 + p h c h 2 c i一 r c h 2 n ( c h 3 ) 2 c h 2 p h 】+ c l r c h 2 n ( c h 3 ) 2 ( c h 3 ) 2 s 0 4 + r c h 2 n ( c h 3 ) 3 + c h 3 s 0 4 王延等 剐同样以脱氢松香胺为原料合成了四种氨基酸类两性表面活性剂，对 其表面与抗菌性能的测试表明这些表面活性剂刺激性低、易生物降解且有一定杀 菌、抑菌能力，具有良好的分散、乳化和洗涤性能，同时与阴、阳离子表面活性 剂有较好的复配性。合成反应如下： r c h 2 n h 2 + 2 c i c h 2 c o o n a + 2 n a o hr c h 2 n ( c h 2 c o o n a ) 2 + 2 n a c i + h 2 0 r c h 2 n h 2 + 2 h 2 2 c h c o o c h 3 一r c h 2 n ( c h 2 c h 2 c o o c h 3 ) 2 一r c h 2 n ( c h 2 c h 2 c o o n a ) 2 r c h 2 n h 2 + c i c h 2 ( o h ) c h 2 s 0 3 n a + n a o hr c h 2 n h c h 2 c h ( o h ) c h 2 s 0 3 n a + n a c i + h 2 0 r c h 2 n h 2 + b r c h 2 c h 2 s 0 3 n a + n a o hr c h 2 n h c h 2 c h 2 s 0 3 n a + n a b r + h 2 0 1 1 2 2 合成手性衍生试剂与手性配体 脱氢松香酸含有三个手性碳原子，比旋光度大，羧基可改造成活泼基团，而 芳环又具有适于仪器检测的特殊光谱性质，这使得它不仅可以直接用作外消旋化 合物的拆分，还可以用它开发一些光学纯化学试剂。 脱氢松香胺是最早用于手性拆分的脱氢松香衍生物，过去已成功运用于抗生 素盘尼西林和l 一多芭的生产中【9 ，”】，最近又有报道用于d 生物素及其它手性药 物合成过程中关键中间体的拆分j 。 张静夏等 1 2 , 1 3 】以脱氢松香酸为原料，制备脱氢松香酰氯，再通过c u r t i u s 反应， 得到右旋脱氢松香酸降解胺。将其用于消旋反式菊酸的拆分中，二次拆分d 反 式菊酸的光学纯度可达9 5 4 9 9 e e 。将右旋脱氢松香酸降解胺进一步与水杨 醛反应，形成希夫碱，再与醋酸铜反应，得到希夫碱铜配合物。将该配合物作 4 广西师范大学硕上学位论文：脱氢松香骨架卜芳杂环的构建及其荧光性质研究 为手性催化剂，催化重氮乙酸乙酯及重氮乙酸冰片酯与2 , 5 一二甲基一2 ，4 己二烯合 成菊酸的反应，表现出了手性诱导作用。合成反应如下： h ( - h 一c n 一曼 啪o “s o c l 2 r c o c i 亡芝 r n h 2 堡骥h 。水8 旦蚣w 本课题组用脱氢松香酰氯作为手性衍生试剂用于氨基酸的毛细管电泳分析中 【“j 。结果表明氨基酸对映体经该试剂衍生后，可在非手性电介质中得到良好分 离。 1 1 2 3 其它羧基改造与应用 羧基还可以氧化降解成羟基，在p b ( a c ) 4 存在下脱羧成烯等。 王延等还以脱氧松香酸为原料通过与多烯多胺进行酰化、环化合成了脱氢松 香基咪唑啉”】，在酸性介质中表现出了对碳钢的优良缓蚀性能。合成反应如下： 。n 删：毗。等n 创删：p 呲啡 c h 2 c h 2 0 ) 9 1 1 3 芳环的改造与应用 脱氢松香酸最大的特点在于芳环的存在，它不但改善了双键的不稳定性，而 且可以进行很多反应，因此基于芳环的反应在脱氢松香改造中占有十分重要的地 位。 1 1 3 1 脱异丙基化 脱氢松香酸脱除异丙基后为其进一步衍生提供了一个非常便利的起始原料， 而且一些脱异丙基后的脱氢松香酸衍生物本身也是抗微生物试剂。 脱异丙基化反应一般以无水a i c l 3 作催化剂，室温下以过量苯或甲苯作异 丙基接受体和溶剂进行反应。反应一般得到以顺式为主的一对异构体，这就给产 物的分离带来了一定的困难。当c 1 8 为羧基、酯基、腈基、甲基时该反应都可 以发生，芳环的取代基对该反应有影响，供电子取代基使反应易于发生而吸电子 取代基则对该反应不利。 + r = c o o h ，c n ， 反战 顺式 m e c o o m e 最近葡萄牙科学家g i g a n t eb 对脱异丙基化反应作了很大改进1 2 。他们将脱 氢松香酸甲酯脱异丙基后，直接用甲醇重结晶得到顺式脱异丙基脱氢松香酸甲酯 的晶体。该反应在离子液体中也能实现 2 l 】。他们指出在此条件下脱异丙基包含 两个可逆的傅克反应：一个是氢原予取代异丙基的反应；另一个是b 环的破裂 与再生成。第二个反应由于中间体碳正离子生成后可以从两个方向进攻芳环而直 接导致了异构体的生成。为了阻止b 环破裂而生成异构体，他们用体积比较大 的h y 型沸石作为固体催化剂f 2 2 1 ，在甲苯中回流进行该反应，最后以9 0 的产 率得到了反式脱异丙基脱氢松香酸甲酯。在此过程中由于催化剂的微孔限制，b 环的破裂不发生，因此没有异构体的生成。 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 另外，异丙基还可以被其它取代基取代。例如脱氢松香酸甲酯衍生物在硝化 时可以将异丙基脱去，并在原来的位置上引入硝基。最近f o n s e c a t 等【23 j 在硝化 1 2 溴代酯时得到了一个稳定的新硝化产物1 2 溴1 3 ，1 4 二硝基脱异丙基脱氢松 香酸甲酯( 5 8 ) 。他们还进一步以该中间体合成了一些杂环化合物。 1 1 3 2 亲电取代反应 脱氢松香酸像其它芳香簇化合物一样可以进行多种亲电取代反应，引进取代 基或活性基团，进而改变脱氢松香酸的物理化学性质，这是在芳环上进行进一步 改造的基础。 1 9 9 9 年，e s t e v e sma 2 4 】等以蒙脱土k 1 0 为催化剂用于脱氢松香酸及其甲酯 的溴代取得了很好的结果。特别是对甲酯的溴代得到了9 6 的转化率和对1 2 位 8 8 的选择性。同样他们【1 8 】用蒙脱土k 1 0 负载硝酸铜后催化硝化顺式脱异丙基 脱氢松香酸甲酯，得到的硝化产物中含5 1 的1 2 位硝化产物。产物经甲醇重结 晶后以4 3 的收率得到1 2 位硝化产物。 脱氢松香酸的磺化很容易发生，并且只发生在1 2 位上。w a d ah 等口圳在研究 脱氢松香衍生物抗溃疡活性时发现1 2 位磺化衍生物不但有显著抗溃疡活性，而 且还没有类似醛甾酮的副作用。 1 1 3 3 其它芳环改造与应用 由于芳环的存在脱氢松香酸衍生物还能发生重排 2 、芳环的侧连氧化【2 ”、 芳环臭氧化裂解瞄驯等反应。 脱氢松香酸烯酮衍生物的角甲基可以在酸性条件下发生重排，生成乙酸酯或 4 ，5 断二乙酸酯。1 9 9 5 年松本高志小组【2 9 1 将7 羟基烯醇衍生物用三氟化硼乙醚 在室温下处理后高产率( 7 4 2 ) 地得到种新颖的重排产物。该产物有待进一 步开发利用。 双， r 7 0 a c 乙酸酯4 ，5 - 断二乙酸酯 1 1 4 羧基和芳环的综合改造与应用 芳香型三环二萜在自然界广泛存在，大部分具有良好的生理活性。开发脱氢 松香酸母体的这种潜能，不仅可以用来合成其它具有良好生理活性的天然产物， 而且还可以合成出一些有各种特殊性能，特别是具有良好生理活性的新化合物。 1 1 4 1 合成抗氧化剂 天然产物中含三环二萜的邻苯二酚类化合物因其良好的抗氧化活性与显著 的生理活性而被广泛应用和深入研究。最近利用脱氢松香酸骨架合成的一些天然 邻苯二酚类似物也表现出了良好的抗氧化与生理活性。g i g a n t eb 等将不同羧基 衍生物通过简短步骤合成4 种不同c 1 8 基团的邻苯二酚类化合物p ，对其生物 活性测试表明其甲酯衍生物的抗肿瘤、抗病毒、抗氧化活性甚至比c a r n o s i ca c i d 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 ( 已用作抗氧化剂，大量文献报道有抗肿瘤、抗病毒活性) 还好。 。善凡尊扒 位阻股有良好的抗氧化、自由基清除能力。利用脱氢松香酸异丙基的位阻， e s t e v e sm a 研究小组【3 1 l 通过酯化、硝化、还原、n 一芳基化反应合成了一系列1 2 ， 1 4 位二芳胺。自由基清除能力测试表明，有些活性比合成的商品抗氧化剂i p p d 和b h t 还强。进一步研究表明添加低浓度的该类位阻胺就可现著提高乙丙橡胶 的热稳定性3 2 1 。作为抗氧化剂，它们有望在医药、高分子材料、食品等工业得 到广泛应用。 a r = n h a r , r t h b i r = n h a r r = n h a r cr = h r = n h a r 1 1 4 1 合成杂环化合物及构建甾核 自1 9 5 4 年日本科学家p 3 1 首次合成脱氢松香基喹啉后，脱氢松香基杂环化合 物的合成与应用开始引起了人们的注意。1 9 8 7 年m a t s u m o t ot 等p 4 】通过1 2 羟基 脱氢松香烷异丙基的改造合成了氢化香豆酮衍生物。1 9 9 1 年文献【35 】报道了用 r h 2 0 3 一p t 0 2 还原烷基化改进苯并嗯唑衍生物合成的方法。 最近，g i g a n t eb c 2 02 3 j 研究小组利用他们得到的中间体，相继合成了脱氢松香 的苯并咪唑、喹嗯啉、吲哚衍生物，并对其抗病毒活性进行了评价。结果表明三 种杂环衍生物都有抗病毒活性，且通过进一步修饰有望使其抗病毒活性得到进一 步提高。 想篙 氅积 憩：一想：一也 k a h a r a a 等f 3 6 】人利用异丙基上叔氢的活泼氢氧化成酮或转变成双键，然后增 长碳链，最后以傅克反应关环，构建了五元d 环，从而完成了甾核的构建。 r r 於 毋 广两师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 瀚拶 1 1 4 3 合成天然药物 许多天然药物都与脱氢松香酸有着相似或相近的结构骨架，这种独特的优势 使它广泛用作合成天然药物的原料。例如脱氢松香酸经过氧化、重排、再氧化等 反应可合成3 - o x o s a p r i p a r a q u i n o n e ，它是中国民问用用于治疗扁桃腺炎、腹泄 痢疾、咽喉炎的红根草的有效成份。将脱氢松香酸改造还可制得治疗类风湿、红 斑狼疮、肾炎等疾病的药物雷酚内酯【3 8 】以及甾族荷尔蒙一雌二醇【3 9 】等。 纽h 毋 1 1 5 脱氢松香酸改造与应用的发展趋势及前景 目前对脱氢松香酸羧基的改造研究不多，今后对羧基的改造将集中在合成新 型的、具独特性能的表面活性剂，如氨基酸、味唑啉、甜菜碱等类型，以及将其 改造成新的活泼手性衍生基团、合成新的手性配体来用于不对称化学领域等方 面。 在芳环上的改造则主要利用新方法、新反应，降低反应难度、提高反应得率， 使一些关键中间体易于合成。 综合羧基和芳环的改造，已成为越来越多人的共识，是改造研究的发展趋势 所在，脱氢松香基抗氧化剂的合成就是这方面一个成功的范例。这方面的改造与 应用将是多方面的，但今后一段时期内利用分子设计，合成具有良好生物活性的 化合物，将是该领域的研究热点。由近几年的文献可以看出，国内研究人员多从 事羧基的改造，而对于更复杂、更精细的综合了羧基和芳环的改造却很少涉及， 而正是在这方面的研究国外科研人员作了大量工作，并取得了很多创新性和应用 性都很强的研究成果。现在，随着一些关键中间体的制备变得越来越方便，以及 一些新兴研究领域的不断拓展，深入脱氢松香酸的改造研究、不断为改造研究注 入新的活力，是摆在我国科研工作者面前的一个严峻挑战。 总之，随着改造研究的进一步深入，脱氢松香酸的应用领域将不断扩大，实 用性也会越来越强。我国松香资源丰富，对脱氢松香这种二次d h q - 产品的进一步 改造研究与深加工产品的开发将具有良好发展前景和广阔的市场空间。 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上劳杂环的构建披其荧光性质研究 1 2 本课题的研究意义和研究内容 脱氢松香酸是可再生资源松香的众多异构体成分之一，广泛应用于涂料、 胶粘剂、油墨、造纸、橡胶、食品添加剂及生物制品等领域。它是天然手性纯物 质，含有三个手性碳原子，羧基反应性基团，另外骨架中还有苯环，能被紫外、 荧光等检测器检出，这使得它不仅可以直接用作外消旋化合物的拆分，还可以用 它开发一些多用途光学纯化学试剂。芳香型三环二萜在自然界广泛存在，大部分 具有良好的生理活性，因此它又可以用来合成各种药物。利用脱氢松香的这些结 构特点，开发出高附加值的新型功能化合物，不仅符合绿色化学的要求，更能带 来良好的社会与经济效益。 本课题组前期工作已合成了n 一羟基琥珀酰亚胺一脱氢松香酸酯、n 一羟基 琥珀酰亚胺一1 2 一溴代脱氢松香酸、脱氯松香酸酰肼及脱氢松香酸酰氯四个新型 手性衍生试剂。其中脱氢松香酰氯作为手性衍生试剂用于氨基酸的毛细管电泳分 析中，结果表明氨基酸对映体经该试剂衍生后，可在非手性电介质中得到良好分 离。但上述试剂中发色基团为苯环，被检测的灵敏度不高。因此构建更好的发色 基团，改善其光谱性质己成为将其改造成优良手性荧光衍生试剂亟待解决的问 题。 稠环及芳杂环化合物在自然界分布很广，功用很多。结构中的大共轭体系， 使其大多具有独特的光谱性质，呈现鲜艳的颜色。一些植物色素和植物染料及合 成染料中大多含有这样的结构。例如8 一羟基喹啉及其衍生物由于其优越的配位能 力、荧光性质，已成为分析化学、功能材料等领域研究最多的化合物这一；同时 稠环及芳杂环化合物很多都具有重要的生理作用，一部分维生素以及合成药都含 有这些结构。例如，抗疟药多含有喹啉环。 基于以上考虑，本文的研究内容是要将芳杂环结构及其优良性能与脱氢松 香相融合，希望开发兼具良好光谱性质，显著抗菌、抗病毒等活性以及优异耐热 性等性能的多功能脱氢松香试剂，以应用于分析、染料、医药等多种领域。 具体研究内容如下： 1 脱氢松香酸衍生物的重排及其产物的荧光性质 2 松香基吖啶酮的合成及其荧光性质 3 松香基喹啉的合成及其荧光性质 4 脱氢松香基三唑的合成及其荧光性质 5 新型松香类酰亚胺的合成及其耐热、荧光性质 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 第二章脱氢松香酸衍生物的重排及其产物的荧光性质 2 1 引言 很多脱氢松香酸衍生物都可以发生重排反应，生成的产物与反应条件有 很大的关系( 见综述部分) 。这些重排产物中有些具有与天然强生物活性物 质( 如：抗炎植物有效成分3 一o x o s a p r i p a r a q u i n o n e ，显著抗微生物活性化合 物u m b r o s o n e 等) 非常类似的结构。这种结构上的近似性以及重排产物的多 样性为开发、利用脱氢松香这种可再生资源提供了一个更为广阔的空间。 波。 最近研究“”发现7 一羟基烯醇衍生物经三氟化硼乙醚在室温下处理后得 到一种新颖的具有萘环母体的重排产物。该重排反应不仅产率高( 7 4 2 ) ， 而且可控制生成单一产物。具有萘环母体的化合物中，很多都具有良好的抗 菌活性，例如：布替萘芬( b u t e n a f i n e ) 就是广泛应用于抗真菌的药物；同时 荧光衍生试剂中以萘环为生色基团的也非常普遍，丹磺酰氯就是一种常用的 荧光衍生试剂，它的衍生物激发波长范围为3 5 0 3 7 0 h m ，发射波长范围为 4 9 0 - 5 4 0 n m ，广泛应用于氨基酸、n 末端氨基酸的测定以及对蛋白质结构的确 定。 “碗 因此，为了使脱氢松香同时具有优异抗菌活性和荧光性质，开发多功能 试剂，我们在对脱氢松香酸甲酯经过溴代、氧化、硝化等反应后，进行了此 类重排反应，并对产物进行了结构表征及紫外、荧光性质的研究。 2 2 实验部分 2 2 1 主要原料、试剂及仪器 工业歧化松香( 广西梧州松脂厂) ；n b s ( 自制) ；三氟化硼乙醚( 化学纯) ； 其余试剂均为市售分析纯，必要时进行干燥、纯化处理。 n i c o l e te s p3 6 0 型傅立叶变换红外光谱仪f 美国，k b r 压片) ：a v a n c ea v 5 0 0 超导核磁共振仪( 瑞士，布鲁克公司) ；s h i m a d z uq p 5 0 5 0 a 型质谱分析 仪；w z z 一2 b 型自动旋光仪；c a r r y l 0 0 紫外可见分光光度计( 美国) ；r f 一5 3 0 1 p c 荧光分光光度计：w r s 一1 a 数字熔点仪( 上海精密科学仪器有限公司) 。 2 2 2 合成路线 0 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架巳芳杂环的构建及其荧光性质研究 4 2 5 6 图1 脱氢松香酸甲酯的重排 1 0 图2 溴代脱氢松香酸甲酯 1 4 n o z s e 0 2 - b r n 0 2 8 1 7 图3 溴代硝化脱异丙基脱氢松香酸甲酯的重排 2 2 3 合成步骤 2 2 3 1 7 一异丙基- t 1 0 - 一- - 甲基一1 ，2 ，3 ，4 一四氢葸一卜羧酸甲酯( 6 ) 的合成 2 2 3 1 1 脱氢松香酸( 1 ) 的提纯1 髓嚣 广西师范大学硕士学位论文：脱氢松香骨架上芳杂环的构建及其荧光性质研究 将l o o g 磨碎的工业歧化松香放入到5 0 0 m l 烧瓶中，加入2 5 0 m l9 5 乙醇， 加热，溶解，过滤。滤液趁热加入2 0 92 一乙醇胺及2 5 0 m l 热水，为了防止胺 盐结晶析出，溶液温度始终保持在6 0 以上。用5 0 m l 石油醚i i i ( 9 0 1 2 0 ) 萃取溶液，重复4 次，弃去醚层，冷却盐层，结晶，过滤。所得晶体用5 0 m l 5 0 乙醇重结晶，重结晶4 次。将所得晶体溶解于3 5 0 m l5 0 热乙醇中，调节 p h = 4 ，使沉淀完全。冷却，过滤，沉淀用水洗涤至中性，所得固体再用7 5 的乙醇液重结晶，得脱氢松香酸( 1 ) 的无色晶体2 2 5 9 ，产率5 0 o ( 按工业 歧化松香中含脱氢松香酸4 0 计算) ，m p 1 6 3 1 6 7 ( 文献值“1 7 卜1 7 2 ) 。 2 2 3 1 2 脱氢松香酸甲酯( 2 ) 的制备方法比较 文献中多采用重氮甲烷对脱氢松香酸进行酯化，由于该方法危险性太大， 操作也不方便，我们尝试了其他酯化方法： 酸催化法：将2 8 91 、l o m l 甲醇以及0 5 m l 浓硫酸在7 0 下回流1 2 h ， 薄层色谱跟踪反应，表明没有反应发生。 酰氯法： 4 8 91 和5 6 9 二氯亚砜溶于3 0 m l 无水苯中，干燥条件下回 流2 h 减压蒸出二氯亚砜和苯，往剩余物中加入2 0 m l 无水苯，然后加入含 2 5 m l 无水甲醇和1 5 m l 无水吡啶的2 0 m l 无水苯溶液，5 0 下回流2 h 溶 液依次用5 盐酸、水、5 氢氧化钠溶液和水洗涤后，用无水硫酸钠干燥。蒸 除苯后，所得黄色膏状物用甲醇重结晶，得2 的无色结晶2 7 9 ，产率5 5 0 ， m p 5 8 5 9 。c ( 文献值1 6 1 6 2 。c ) 。 硫酸二甲酯法：将3 0 91 、1 2 6 9 新蒸过的硫酸二甲酯、l o g3 0 0 焙烧 的碳酸钾，加入到1 b o m l 无水丙酮中，回流6 h ，冷却后滤去不溶物，减压蒸 去溶剂，剩余物用石油醚溶解后用饱和碳酸氢钠溶液、饱和食盐水依次洗涤， 并用硫酸钠干燥有机相。蒸除石油醚后，剩余物用甲醇重结晶得2 的无色针 状晶体2 4 9 ，产率7 6 4 ，m p 6 1 6 2 。c 。 2 2 3 1 37 一氧基脱氢松香酸甲酯( 3 ) 的合成1 将5 92 加入到5 0 0 m l 冰醋酸与4 0 m l 水的混合